撰文丨趙斌（浙江大學(xué)生命科學(xué)研究院教授）

責(zé)編丨關(guān)越

環(huán)境對(duì)細(xì)胞生理活動(dòng)的調(diào)控是最基本的生命現(xiàn)象之一。然而對(duì)細(xì)胞響應(yīng)環(huán)境的研究長(zhǎng)期以來側(cè)重于各種化學(xué)因子及其受體所介導(dǎo)的信號(hào)過程，而對(duì)另一個(gè)關(guān)鍵的環(huán)境因素-機(jī)械力則研究較少。近年來，機(jī)械微環(huán)境的生理病理意義越來越受到重視并逐漸受到主流研究群體的認(rèn)同。例如流體力學(xué)的異常對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞的影響及其與心血管疾病的關(guān)系。另一些有意思的例子包括基質(zhì)的硬度對(duì)間充質(zhì)干細(xì)胞（mesenchymal stem cell，MSC）分化命運(yùn)的決定作用，以及硬度對(duì)腫瘤生長(zhǎng)和進(jìn)展的促進(jìn)作用。然而，細(xì)胞如何感知環(huán)境硬度并通過什么樣的通路調(diào)控細(xì)胞生理活動(dòng)并不清楚。

Hippo信號(hào)通路因?yàn)槠鋵?duì)器官大小的強(qiáng)烈調(diào)控和在癌癥發(fā)生發(fā)展中的重要作用越來越被人們所熟知。Hippo信號(hào)通路的核心機(jī)制是Mst1/2蛋白激酶磷酸化并激活下游激酶Lats1/2進(jìn)而磷酸化轉(zhuǎn)錄輔激活因子YAP/TAZ，將它們滯留在胞質(zhì)中，并促進(jìn)其降解【1】。有意思的是TAZ曾經(jīng)被發(fā)現(xiàn)可以促進(jìn)MSC的成骨分化抑制成脂分化【2】。這不禁讓人懷疑Hippo通路與細(xì)胞感受機(jī)械信號(hào)是否有聯(lián)系。果然，在2011年，意大利帕多瓦大學(xué)醫(yī)學(xué)院Stefano Piccolo實(shí)驗(yàn)室在Nature上報(bào)道Hippo通路效應(yīng)分子YAP/TAZ的核定位受到包括基質(zhì)硬度在內(nèi)的多種機(jī)械環(huán)境的強(qiáng)烈調(diào)控，并因此介導(dǎo)硬度對(duì)MSC分化命運(yùn)的決定【3】。結(jié)合在此前后的一系列體內(nèi)外研究，人們逐漸認(rèn)識(shí)到Hippo通路是細(xì)胞響應(yīng)硬度、細(xì)胞粘附、細(xì)胞骨架變構(gòu)等機(jī)械環(huán)境的關(guān)鍵信號(hào)途徑。

管坤良教授是Hippo信號(hào)通路領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物之一。他的工作闡明了Hippo通路激酶鏈調(diào)控YAP/TAZ的分子機(jī)制，發(fā)現(xiàn)了TEAD家族作為Hippo通路的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子，發(fā)現(xiàn)了GPCR信號(hào)通路、能量水平等信號(hào)對(duì)Hippo通路的調(diào)控作用及其在癌癥中的病理意義等，極大地推動(dòng)了這一領(lǐng)域的進(jìn)展【1,4-6】。有意思的是管坤良教授實(shí)驗(yàn)室關(guān)于Hippo通路的第一個(gè)工作發(fā)現(xiàn)細(xì)胞密度和細(xì)胞間連接是調(diào)控YAP磷酸化的刺激信號(hào)，并陸續(xù)發(fā)現(xiàn)細(xì)胞與基質(zhì)的接觸也是Hippo通路的上游信號(hào)，以及微絲細(xì)胞骨架的變構(gòu)與響應(yīng)這些機(jī)械環(huán)境相關(guān)信號(hào)具有密切關(guān)系【1,7】。

在最新發(fā)表在Nature雜志上的一項(xiàng)研究中，管坤良教授實(shí)驗(yàn)室報(bào)道了小G蛋白R(shí)ap2介導(dǎo)基質(zhì)硬度對(duì)Hippo通路的調(diào)控，并闡明了其中的分子機(jī)制【8】。

通過在細(xì)胞中過表達(dá)各種小G蛋白進(jìn)行篩選發(fā)現(xiàn)Rap2是唯一可以在硬基質(zhì)上導(dǎo)致YAP胞質(zhì)滯留的陽性克隆。對(duì)Rap2的上下游信號(hào)進(jìn)行分析闡明了它介導(dǎo)基質(zhì)硬度感知的分子機(jī)制：當(dāng)細(xì)胞生長(zhǎng)在軟基質(zhì)上時(shí)PI(4,5)P2在細(xì)胞膜上聚集，并在PLD1/2（phospholipase D1/D2）的作用下轉(zhuǎn)化為磷脂酸（PA），PA與PDZGEF1/2（RAP1/2特異性的鳥苷酸交換因子）結(jié)合并促進(jìn)其與Rap2結(jié)合，這導(dǎo)致GTP結(jié)合形式的Rap2水平增加，并激活下游MAP4K4/6/7以及ARHGAP29，ARHGAP29抑制RhoA，這兩組效應(yīng)分子共同導(dǎo)致Lats1/2的激活，并因此導(dǎo)致YAP磷酸化和抑制。當(dāng)細(xì)胞生長(zhǎng)在硬基質(zhì)上時(shí)，focal adhesion的形成激活PLCγ1并降低PI(4,5)P2的水平因此抑制了Rap2的激活，促進(jìn)了YAP/TAZ的細(xì)胞核定位。這一研究填補(bǔ)了機(jī)械信號(hào)如何傳遞到Lats1/2激酶這一長(zhǎng)期以來懸而未決的關(guān)鍵問題。

值得注意的是，雖然2011年的報(bào)道指出YAP/TAZ介導(dǎo)機(jī)械信號(hào)響應(yīng)，他們提出YAP/TAZ是通過不依賴于磷酸化的機(jī)制被調(diào)控的。此后關(guān)于YAP/TAZ響應(yīng)機(jī)械信號(hào)是否依賴于經(jīng)典Hippo通路多有爭(zhēng)議【3】。本研究通過闡明詳細(xì)的分子機(jī)制確證基質(zhì)硬度對(duì)YAP/TAZ的調(diào)控通過Hippo通路激酶鏈。

本文的第一作者孟志鵬2013年加入管坤良教授實(shí)驗(yàn)室做博士后研究，目前正在尋求獨(dú)立PI職位。孟博士在此前的Nature Communications論文中通過篩選發(fā)現(xiàn)MAP4K家族蛋白激酶是與Mst1/2并行的Lats1/2上游激酶【9】，此次進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)其上游感知機(jī)械環(huán)境的信號(hào)，可謂一氣呵成。管教授指出孟博士在以上研究中做出了絕對(duì)主要的貢獻(xiàn)并推動(dòng)了研究的進(jìn)展。在上述研究中孟博士連續(xù)敲出了8個(gè)冗余的激酶基因（MST1/2-MAP4K1/2/3/4/6/7-8KO）并證明了他們?cè)贖ippo通路中的關(guān)鍵作用，可見其鍥而不舍的精神，無怪乎能取得耀眼的成果。

編者后記：管坤良教授在Hippo信號(hào)通路研究領(lǐng)域非?；钴S，除了發(fā)表一些高質(zhì)量的研究性論文，還受邀發(fā)表了系列重要綜述。今年，管坤良教授先后在Annual Review of Cancer Biology和Cell Metabolism上發(fā)表長(zhǎng)篇綜述論文【10,11】，分別討論了Hippo信號(hào)通路與腫瘤以及潛在的臨床治療靶點(diǎn)【10】，還論述了Hippo通路效應(yīng)分子YAP/TAZ與代謝環(huán)境之間的相互作用關(guān)系【11】。

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